计算机基础知识

这是一篇关于计算机基础知识的思维导图，主要内容包括：计算机中信息的表示和存储，微型计算机系统，计算机系统组成，计算机概述，信息与信息技术。一张图带你完全了解相关内容，通过思维导图帮你提高效率，赶紧来试一试吧~

计算机基础知识

• 信息与信息技术
  • 信息的符号化式数据
  • 数据是信息的载体
  • 数据是信息的具体表现形式
• 计算机概述
  • 巴贝奇：机械计算机之父
  • 莱布尼茨：发明二进制，莱布尼茨计算机：能完成四则运算
  • 香农：信息论之父
  • 图灵：计算机科学之父、人工智能之父
    • 图灵机
    • 图灵测试：判断是否具有人工智能
    • 图灵奖
  • 1946月2月，美国宾夕法尼亚大学第一台计算机埃尼阿克ENIAC诞生
    • 主要应用于：科学计算
    • 未采用存储控制原理
    • 未采用二进制，采用十进制
    • 采用大量电子管和晶体管
    • 不是冯·诺依曼机
    • 特点
  • 约翰·冯·诺依曼：现代电子计算机之父
    • EDVAC
    • 存储程序控制原理
      • 存储程序
      • 自动执行
    • 冯·诺依曼体系结构
      • 二进制形式存储
      • 存储程序，自动读取程序后执行
      • 计算机由五个部分组成
        • 运算器
        • 控制器
        • 存储器
        • 输入设备
        • 输出设备
  • 计算机根据电子元器件分代
    • 性能越来越好，体积越来越小
    • 第一代：电子管
      • 机器语言、汇编语言
    • 第二代：晶体管
      • 高级语言
    • 第三代：中、小规模集成电路
      • 操作系统
    • 第四代：大规模、超大规模集成电路
      • 网络操作系统
  • 计算机发展趋势（巨.微.网.智.多）
    • 巨型化：性能越来越强
      • 满足企业
    • 微型化：体积越来越小
      • 满足个人
    • 两极化发展
    • 网络化：通过网络互联
    • 智能化：模拟人的智能
    • 多媒体化：多种媒体有机结合
  • 区别
    • 区别于其他计算仪器：存储程序控制原理
    • 本质区别：程序控制
  • 计算机的特点
    • 运算速度快
    • 计算精度高
    • 逻辑判断准确
    • 存储容量大
    • 自动化程度高
    • 通用性强
  • 计算机的分类
    • 工作原理（或处理对象）
      • 数字计算机
        • 二进制
      • 模拟计算机
        • 人、自然界信号
      • 混合计算机
    • 用途
      • 专用计算机，例：数控车床（嵌入式计算机）
      • 通用计算机
    • 性能、规模和运算速度等
      • 巨型机，又叫超级计算机，用于军事领域
      • 大型机
      • 中型机
      • 小型机
      • 微型机
      • 高档工作站，用于图像处理、模拟仿真
      • 服务器：通过网络对外提供服务
      • 客户机：得到服务
  • 计算机应用领域
    • 科学计算(数值计算),最早
    • 信息处理(数据处理),最广泛
    • 过程控制(实时控制),时效性
    • 计算机辅助系统
      • 计算机辅助设计 CAD
      • 计算机辅助制作 CAM
      • 计算机辅助测试 CAT
      • 计算机辅助教学 CAI
      • 计算机辅助教育 CBE
      • 计算机辅助工程 CAE
      • 计算机管理教学 CMI
      • 计算机辅助分析 CAA
      • 计算机集成制造系统 CIMS
    • 人工智能，机器人、专家系统、模式识别
    • 计算机网络，数据通信、资源共享
    • 多媒体技术
• 计算机系统组成
  • 组成
    • 硬件系统
      • CPU(寄存器)>Cache>内存>外存
      • 主机
        • 中央处理器CPU
          • 运算器
            • 逻辑运算和算术运算
          • 控制器
            • 计算机的指挥中枢
        • 内存储器(主存储器)
          • 只读存储器ROM
            • 只读不写，断电数据不丢失
          • 随机存储器RAM
            • 可读可写，断电数据丢失
          • 高速缓存Cache
            • SRAM(静)解决内存CPU速度不匹配问题
      • 外部设备
        • 外存储器(辅助存储器)
          • 软盘
            • 软盘容量=磁盘面数 x 磁道数 x 扇区数 x 扇区字节数
          • 硬盘
            • 硬盘容量=磁头数 x 柱面数 x 扇区数 x 扇区字节数
            • 簇是磁盘上存储文件的基本单位
            • 每个簇只能由一个文件占用
          • 可移动存储器
            • U盘、移动硬盘
          • 光盘存储器
            • 缺点：读出速度和数据传输速度比硬盘慢得多
            • CD光盘存储器
              • CD-ROM：只读光盘
              • CD-R：一次性写入光盘
              • CD-RW：可擦写光盘
            • DVD光盘存储器
              • CD光盘的换代产品
            • 蓝光光碟
        • 输入设备
          • 键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、手写板、光笔、麦克风、数码相机、条形码阅读器、模数转换器(A/D)
        • 输出设备
          • 显示器
            • 液晶显示器LCD（常用）
            • 阴极射线管显示器CRT
            • 接口
              • 显示器接口
                • VGA 传统显示器接口.15针
                • DVI 数字化显示接口
                • HDMI 高清晰度多媒体接口
              • 显卡接口
                • PCI、AGP、PCI-E
              • 硬盘接口
                • USB 通用串行总线
                • IEEE1394 也支持热插拔
              • 双绞线接口
                • RJ-45
              • 鼠标接口
                • USB、PS/2
          • 打印机
            • 击打式
              • 针式打印机
                • 支持多联打印(发票、收据)
            • 非击打式
              • 喷墨打印机
                • 性价比较高
              • 激光打印机
                • 打印效果最好
          • 音响、投影仪、绘图仪
        • 磁盘驱动器、显示触摸屏、磁带机既是输入又是输出
    • 软件系统
      • 裸机：未配置任何软件的计算机
      • 数据+程序+文件=软件
      • 系统软件
        • 操作系统
          • DOS.UNIX.Linux.Windows.Mac OS等
        • 语言处理程序
          • 翻译程序
        • 数据库管理系统
        • 系统支撑和服务程序
      • 应用软件
  • 程序设计语言
    • 低级语言
      • 机器语言
        • 二进制，唯一识别，直接接收执行
        • 面向机器
        • 缺点：可移植性差，可读性差
        • 优点：占用内存少，执行速度最快，执行效率最高
      • 汇编语言
        • 助记符
        • 面向机器
        • 缺点：通用性差，可移植性差
        • 优点：执行速度快
        • 编写的程序(源文件)要用汇编程序翻译成机器指令(目标程序)才能执行
    • 高级语言
      • 面向对象，独立于机器的语言
      • 缺点：执行效率低
      • 优点：通用性好，可移植性好，提高程序设计效率
      • 翻译
        • "编译"方式
          • 完整地翻译后再执行目标程序，可独立执行
        • "解释"方式
          • 逐句翻译，边翻译边执行，不产生目标程序
  • 工作原理
    • 指令
      • 概念：一组能被计算机识别并执行的二进制代码
      • 操作码：一定有
      • 操作数/地址码：可以没有，例如：停止命令
    • 指令系统
      • 概念：计算机所能执行的指令的集合
      • 不同计算机的指令系统是不同的
      • 类型
        • 数据传送型
        • 数据处理型
        • 程序控制型
        • 输入和输出型
        • 硬件控制型
    • 程序
      • 有序的指令集合
      • 概念：按照一定顺序执行的，能够完成某一任务的指令集合
      • 一般放在外存
    • 进程
      • 概念：进行中的程序
      • 进程是程序的一次执行过程
      • 进程是系统调度和资源分配的基本单位
      • 进程=程序+执行
      • 特征
        • 动态性
        • 并发性
        • 独立性
        • 异步性
    • 程序和进程的区别
      • 程序是一个静态的概念，进程是一个动态的概念
      • 程序可以脱离机器长期保存，进程是执行着的程序
      • 一个程序可多次执行并产生多个不同的进程
    • 线程
      • 线程是细化了的进程
      • CPU调度和分配的基本单位
      • 共享进程的公共资源且必须依赖进程
      • 一个进程最少有一个线程，也可以有多个线程
    • “存储程序”工作原理
      • 基本思想：“存储程序与程序控制”
    • 工作过程
      • 取出指令
        • 从内存中取出... ...
      • 分析指令
      • 执行指令
      • 为执行下一条指令做好准备
• 微型计算机系统
  • 1971年第一台4位微处理器的微型计算机MCS-4诞生
  • 硬件设备
    • 微处理器(中央处理器CPU)
      • 是微型计算机发展的标志
      • 核心部件
      • 包含运算器、控制器、寄存器、时钟发生器、内部总线和高速缓冲存储器等部件
      • CPU的性能指标
        • 主频
          • 主频越高，一个时钟周期里完成的指令数越多，CPU工作速度越快
          • 频率越高，计算机运算速度越快
        • 字长
          • 一次性同时处理的二进制数据的位数
          • 字长=数据总线的宽度
          • 字长越长，运算精度越高
        • 高速缓冲存储器容量
          • 为了减少CPU等待时间，提高计算机效率
          • CPU面积和成本因素，Cache容量不能很大
        • 多核心和多线程
          • 多核：在一个芯片上集成多个控制和运算单元，提高系统性能
          • 多线程能减少CPU闲置时间，提高其运行效率
    • 主板(母板/系统板)
      • 是各个部件的连接载体
      • 芯片组(关键部件)
        • 北桥芯片(更重要)
        • 南桥芯片
      • BIOS和CMOS
        • BIOS是基本输入/输出系统，是被固化到计算机主板上的一个ROM上的程序
        • 开机后，会运行BIOS中的开机自检程序
        • CMOS是一种RAM芯片，可读可写，互补金属氧化物半导体
    • 总线
      • 概念：计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，实现各部件之间数据、地址和控制信息的传送
      • 技术指标
        • 总线带宽
          • 反映总线数据传输速率
          • MB/s
        • 总线位宽
          • 位宽越宽，带宽越大
          • b
        • 工作频率
          • 工作频率越高，总线工作速度越快，总线带宽越大
          • MHz
        • 关系
          • 总线带宽=总线工作频率 x 总线位宽 /8
      • 分类
        • 数据总线DB
          • 双向
          • 其数量取决于CPU的字长
        • 地址总线AB
          • 单向
          • 其数量决定了CPU可以寻址的内存空间大小
        • 控制总线CB
          • 双向
  • 主要性能指标
    • 主频
      • 在很大程度上决定了计算机的运算速度
      • 主频越高，运算速度越快
      • 主频=外频 x 倍频
    • 字长
      • 一次性同时处理的二进制数据的位数
      • 字长=数据总线的宽度
      • 字长越长，计算精度越高，运算速度越高
    • 存储容量
      • 内存容量和外存容量
      • 内存容量大小直接影响计算机整体性能
    • 存取周期
      • 越短越好
      • 存取时间/访问时间：内存储器完成一次读（取）或写（存）所需的时间
      • 存取周期：连续两次独立的读（或写）所需的最短时间
    • 运算速度
      • MFLOPS：每秒百万条浮点指令
      • MIPS：每秒百万条指令
      • BIPS：每秒十亿条指令
    • 内核数
      • CPU内执行指令的运算器和控制器数量
• 计算机中信息的表示和存储
  • 二进制的优点
    • 表示方便，电路简单，容易电路实现
    • 二进制运算简单
    • 逻辑性强
    • 工作稳定可靠，可靠性高
  • 数制
    • 三要素
      • 数码
      • 基数
        • R进制基数为R
      • 位权
    • 进制
      • 十进制D
      • 二进制B
      • 八进制O
      • 十六进制H
    • 转换
      • 任意R进制转换为十进制
      • 十进制转换为R进制
      • 二进制、八进制、十六进制的转换
        • 二进制与八进制
        • 二进制与十六进制
        • 八进制与十六进制
    • 运算
      • 算术运算
        • 加减乘除
      • 逻辑运算
        • 逻辑运算时高位的“0”不能省略
        • 逻辑与/逻辑乘（AND)
        • 逻辑或/逻辑加（OR)
        • 逻辑非（NOT)
        • 逻辑异或（XOR)
  • 存储单位和地址
    • 位（bit，b）
      • 计算机存储数据的最小单位
    • 字节（Byte，B）
      • 计算机处理数据的最基本单位
    • 1Byte=8bit
    • 字与字长
      • 字是CPU进行数据处理和运算的单位
      • 字长是CPU直接处理的二进制的数据位数
      • 字的位数是字长
    • 换算
    • 地址
      • 存储容量=末位地址-首地址+1（单位为B）
  • 数值的表示
    • 整数
      • 原码
        • 0表示正数，1表示负数
      • 反码
        • 正数：反码=原码
        • 负数：符号位不变，其他位取反
      • 补码
        • 正数：补码=原码=反码
        • 负数：补码=反码+1
    • 浮点数
      • 规格化数，小数点后第一位是1
  • 字符编码
    • 西文字符
      • ASCII码，美国标准信息交换代码
        • 7位（标准）二进制数编码，128个字符
          • 第8位为0，占用8位
          • 95个：能够输入并显示，也能打印
          • 33个：0--31和127，不能被显示或打印
        • 8位（扩展ASCII码）
      • 单字节编码
      • 机内码
      • A=65,a=97,0=48,Space(空格)=32
    • 汉字字符
      • 汉字输入码
        • 也称外码
          • 音码
          • 形码
          • 音形码
          • 数字编码
            • 区位码
              • 6763个两级汉字分为94个区，每个区分94位
              • 范围：0101D--9494D
      • 汉字交换码
        • 又称国标码
          • 1980年，GB2312-80标准，《信息交换用汉字编码字符集--基本集》
            • 一级汉字3755个，按拼音字母顺序排序
            • 二级汉字3008个，按部首顺序排序
          • 每个汉字符用两个字节表示
          • 交换码只使用两个字节的低七位，各字节的最高位也为0
          • 2000年3月,GB18030-2000,"信息交换用汉字编码字符集--基本集扩充规范(GBK)"
            • 单字节
            • 双字节
            • 四字节
          • 汉字国标码=汉字区位码+2020H
      • 汉字机内码
        • 汉字字符在计算机内部存储、处理时的表示代码
        • 范围：A1A1H--FEFEH
        • 汉字机内码=汉字国标码+8080H=汉字区位码+A0A0H
        • ASCII码、国标码、机内码的比较
      • 汉字字形码（不唯一）
        • 也叫汉字字模或汉字输出码
        • 表示方式
          • 点阵法
            • 点阵码
              • 点阵越多，字形越好看，占用的存储空间越大
              • 点阵字形码所占字节数=点阵行数 x 点阵列数 /8
          • 矢量法
            • 矢量码
              • 不会失真
              • 能产生高质量汉字输出，节省存储空间
• 开机-->自检-->执行ROM中的启动程序-->加载操作系统-->执行操作系统
• ROM
  • PROM：可修改一次，修改后只读
  • EPROM：可擦写可编程，紫外线擦除
  • EEPROM：电可擦写可编程
  • Flash ROM：块擦写，U盘
• RAM
  • SRAM(静)/Cache 速度快，价格贵，集成度低，不需要刷新电路
  • DRAM(动)/内存条 速度慢，价格低，集成度高，要不断刷新电路
• 为某个应用目的而专门开发的计算机